SU966721A1 - Устройство считывани фотоэлектрического растрового преобразовател - Google Patents

Description

содержащее светоделительный элемент, ооптически св занный с двум  растровыми щелевыми диафрагмами, которые расположены в гатоскости изображени  муаровых полос и два фотоприемных устройства С2 . Недостатком известного устройства  вл етс  нестабильность выходных электрических параметров при изменении; светового потока., Цель Изобретени  - повышение надежности считывани  устройства. Поставленна  цепь достигаетс  тем, что в устройство считывани  фотоэлектри ческого растрового преобразоватш , содержащее первый светоделительный элемент , полупрозрачна  плоскость которого расположена под углом к направлению светового луча,- светоделительный элемен оптически св зан через соответствующие растровые щелевые-диафрагмы, которые расположены в плоскости изображени  растровых полос с первым и вторым фотоприемными устройствами, введены балансные усилители, третье фотоприемное устройство и второй светоделительный элемент, полупрозрачна  плоскость которого расположена параллелБно полупрозрачной плоскости первого светоделительного элемента, второй светоделитель ный элемент оптически св зан с первым светоделительным элементом и третьим фотоприемкым устройством, выход кото , рого соединен с первыми входами балансных усилителей, выходы первого и втор го фотоприемных устройств соединены с вторыми входами балансных усилителей. На фиг. 1 изображена структурна  схема устройства считывани  муаровых полос; на фиг. 2 - положение растровой щелевой диафрагмы и изображение муаро вых (интерференционных) полос; на фиг. 3 - структурна  схема растрового преобразовател  линейного перемещений, использующего предлагаемое устройство считывани  фотоэлектрического растрового преобразовател . Устройство считывани  содержит последовательно установленные светодели- тельные элементы 1 и 2 (фиг. 1), растровые щелевые диафрагмы 3 и 4, фотоприемные устройства 5, 6 и 7 и балансные усилители 8 и 9. Каждое фотохфием ное устройство сострит из коллективной линзы 1О, фотоприемника 11 и предусилител  12. Щелевые диафрагмы распопожены п плоскости резкого изображени  муаровых полос. Растрова  диафрагма (фиг. 2) состоит из щелей 13, разДелен ных непрозрачными лини ми 14, На фиг. 2 обозначено: 15 - изображение освещенного пол  с муаровыми полосами 16, 17 - световой диаметр коллективной линзы (фиг. 1) и участок 18, освещенность которого резко отличаетс  от освещенности остальных точек пол . Работу устройства считывани  рассмотрим на примере его использовани  в растровом преобразователе линейного перемещени , который содержит осветитель 19 (фиг. 3), pacjrpOBoe сопр жение 20, объектив 21 и устройство считывани  полис 22. Осветитель состоит из источника излучени  23 и конденсатора 24, а растровое сопр жение образуетс  измерительным и. индикаторным растрами 25 и 26. Измерительный растр 25 закрепл ют на перемещающейс  части объекта , а индикаторный растр 26, осветитель 19, объектив 2,1 и устройство считывани  полос 22 - на неподвижных его част х. Осветитель 19, создаюлшй параллельный пучок света, освещает растровое сопр жение 2О, на выходе которого (в плоскости индикаторного растра 26) образуютс  муаровые полосы. При перемещении измерительного растра 25 в направлении , указанном стрелками, муаро-. вые полосы также перемоцаютс , причем направление их перемещени  зависит от направлени  перемещени  измерительного растра 25. Объектив 21 проецирует изображение этих полос на растровые анализирующие диафрагмы 3 и 4, установленные перед фотоприемными устройствами 5 и 6, при этом светоделительный элемент 2 делит цветовой поток полос после объектива 2 1 поровну. Кроме того, часть светового потока направл етс  светоделительным элементом 1 на фотоприемное устройство 7. Световой поток, .прищедший, например, на фотоприемное устройство 6, собираетс  коллективной линзой 10 на светочувствительную площадку фотоприемника 11, св занного с предусилителем 12. Фотфток фотоприемника 11 измен етс  пропорционально изменению светового потока и усиливаетс  предусилителем 12. Поле зрени  объектива 21 таково, что он проецирует на растровые диафрагмы 3 и 4 и на вход фотопрнемного устройства 7 все освец енное поле 15 растрового сопр жени  20. В свою очередь, размеры растровых диафрагм 3 и 4 и световой диаметр 17 коллективных линз 10 фотоприемных устройств 5, 6 и 7 выбирают заведомо большими, чем размеры изображени  освещенного пол  15 растрового сопр жени  20. При перемещетш измерительного растра 25 муаровые полосы в плоскости растровых диафрагм 3 и 4 также переме щаютс  и модулируют световые потоки, прошедшие сквозь эти диафрагмы. Поскольку щели 13 растровой диафрагмы 3 смещены относительно муаровых полос 16 на четверть шага по сравнению со щел ми растровой диафрагмы 4, то световые потоки после диафрагм 3 и 4 сдвинуты по пространственной фазе на 7i /2 друг относительно друга, Информационные сигналы на выходах фотоприемных устройств 5 и 6 имеют вид i Р ф (-f+m-sin б) Т. 1 -51п()г,Ф2 (-f m-cosQ где г.- - чувствительность j -го фотоприемника; Ф - средний световой поток, прошедший через j -ю диаграмм/ 8 - пространственна  фаза полос; m - коэффициент модул ции электрического сигнала, завис щий от контраста полос и, отношени  шага шелей растровой диа фрагмы к шагу муаровых по- лос. Световой поток, направленный светоделительным элементом 1 на фотоприемное устройство 7, поступает непосредственно на коллективную линзу и фокусируетс  ею фотоприемник (эти элементы не показаны). Здесь роль анализирую щей диафрагмы выполн ет.оправа коллективной линзы и, поскольку ее диаметр значительно больше шага муаровых полос световой поток не модулируетс  при движении полос. По этой причине, на выходе фотоприем юго устройства 7 присутствуе посто1гнный (компенсирукшшй) , пропорциональный световому потоку, прошедшему через все освещенное поле 15 растрового сопр жени  20, - г Ь Информационные сигналБТе выходов фотоприемных устройств 5 и 6 подают на входы соответствующих балансных усилителей 8 и 9, на другие входы кото рьгх поступает компенсирующий сигнал с выхода фотоприемного устройства 7. Балансные усилители 8 и 9 осуществл ют вычитание компенсирующего сигнала г. 9 1 из информационных сигналов i и i , так что выходнь1е сигналы усилителей имеют вид () r lM2 2 V r2l S). где К , t - весовые коэффициенты усилени  компенсирующего сигнала; К J, К IJ коэф4ш1Иенты усилени  усилителей 8 и 9. Соответствующим подбором весовых коэффициентов k и К„ устран ют посто нные уровни, а изменением коэффициентов усилени  К и К,- выравнивают амплитуды выходных квадратурных сигналов, в результате чего выходные сигналы имеют вид ,sine ( гЭоСОЗЭ, где о i -i -i il I l -амплитуда сигналов. Пусть теперь в освещенном поле измерительного растра 25 по вл етс  загр зненный участок 18, который ослабл ет световой поток, пр оход щий сквозь растровое сопр жение 20. Поскольку на фотоприемные устройства 5, 6 и 7 световые потоки поступают со всего освещенного пол  растрового сопр жени  20, это приводит к пропорциональному ослаблению потоков, поступающих на входы фотприемных устройств 5, 6 и 7, ft следовательно , и к пропорциональному изменению их выходных сигналов, в результате , чего баланс этих сигналов не нарушаетс , т.е. выходные квадратурные сигналы по-прежнему имеют одинаковые (хот  и меньшие по величине) амплитуды и в них отсутствуют посто нные уровни. Наличие растровых диафрагм 3 и 4 перед фотоприемными устройствами 5 и 6 приводит к некоторому нарушению пропорциональности изменени  световых потоков на входах этих устройств по сравнению с изменением светового потока на входе фотоприемного устройства 7, не имеющего такой диафрагмы. Кроме того, Изменеиет световых потоков, поступающих на фотоприемные устройства 5 и 6, также несколько отличаютс  друг от друга. Это отличие обусловлено неодинаковым положением растровых- диафрагм 3 и 4 относоте ьно изображени  освещенного пол  15 растрового сопр жени  2О, а следовательно, и относительно изображени  загр зйенного участка 18 - диафрагма 3 сдвинута относительно изображени  освещенного пол  15 на 1/4 шага муаровых полос по сравнению с диафрагмой 4. Тем не менее, расчеты и эксперименты показывают, что упом нутое выше нарушение в пропорциональноети изменени  световых потоков тем меньше , чем меньше отношение шага щелей 13 растровых диафрагм 3 и 4 к диаметру изображени  освещенного пол  15, Соответствующим выбором упрм нутого отношени  нарушение пропорциональности изменени  световых потоков, поступающих на бходы фотопрнемных устроётв 5, 6 и 7, можно свести к пренебрежимо малой вел1Р1Ине и, следовательно, обеспечить высокую стабильность параметров выходных квадратурных сигналов устройства считывани  полос. .

Аналогично решаетс  вопрос и при изменении закона распределени  освещенности муаровых полос, которое может случитьс  при замене или разъюстировке источника излучени .

В случае использовани  устройства считьшани  в составе лазерного интерферометра исчезает необходимость.применени  объектива 21, объ сн ема  тем, что интерференционные полосы образуютс  в результате взаимодействи  световых пучков с высокой пространственной дсогерентцостью и поэтому имеют большую глубину резкости. Таким образом, устройство обеспечивает значительное уменьшение вли ни  на выходные квадратурные сигналы таких факторов, как разъюстировка источников излучени , загр знение и поверхностные дефекты подвижных элементов растровых и интерференционных преобразователей линейных и угловых перемещений, использующих метод автоматического счета муаровых (интерференционных ) полос. В свою очередь, стабилизаци  таких параметров выходных квадратурных сигналов, как посто нные уров , ни, соотношение амплитуд и фазовый

оцвиг, устран ет ошибки интерполир ани  простр(анственной фазы этих сиг ЕЛОВ и, следовательно, в конечном счефе новьш1ает точность преобразовани  перемещени .

Claims (2)

1.Преснухин А. Н. и др. Муаровые растровые датчики положени  и их применение . М., Машиностроение, 1969, с. 67-68.

2.Фотоэлектрические преобразователи информации.. Под ред. А, Н. Преснухина. М., Машиностррение, 1974, с. 2О4 (прототип).

К

L

V/

/

ьХ

i

ч

Фиг.1

Фиг.2.